RP-Energie-Lexikon - катализатор на издувни гасови, катализатор на оксидација, катализатор на три насоки,
Дефиниција: уред за намалување на содржината на загадувачи на издувните гасови
Поспецифични поими: катализатор на оксидација, катализатор на три насоки, катализатор на складирање, катализатор на SCR
Оригинална креација: 29.04.2012 година; последна промена: 28.04.2020
Катализатори се уреди кои ја намалуваат содржината на загадувачи на издувните гасови z. Б. од мотори со внатрешно согорување или од печки на големи централи, затоа зголемете го квалитетот на издувните гасови. Издувните гасови содржат голем број загадувачи, од кои некои се предизвикани од нецелосно согорување или непожелни хемиски странични реакции:
- Издувниот гас содржи неизгорени јаглеводороди - или оригинални компоненти на горивото или хемиски посредници. Овие се токсични, во некои случаи дури и канцерогени (на пр. Бензен = бензен).
- Токсичен јаглерод моноксид (СО) исто така може да се произведе во значителни количини. Инхалираниот јаглерод моноксид го намалува транспортот на кислород во крвта.
- На високи температури на согорување, азотот и кислородот во воздухот на согорување произведуваат азотни оксиди како што се NO2 (азот диоксид) и NO (азот моноксид). Овие се исто така отровни и оштетуваат z. Б. белите дробови.
Сите овие загадувачи во принцип би можеле да се избегнат доколку процесите на согорување биле завршени и оксидацијата на азот не се случила. Ова приближно би било случај ако согорувањето, со соодветно снабдување со воздух, не се одвива премногу брзо и на поволни температури. Температурата во пламенот треба да стане доволно висока и да не паѓа премногу брзо на излезот од пламенот. Сепак, таквите услови се на пр. B. тешко е изводливо кај бензинските мотори и дизел моторите, особено при поголеми брзини. Променливите случаи на оптоварување исто така го отежнуваат контролирањето на процесите на согорување.
Проблемот сега може да се реши, или барем многу да се намали, со катализатор на издувните гасови како мерка за вон-мотор; се зборува за послетретман на издувните гасови, наспроти намалувањето на сировите емисии преку внатрешни мерки на моторот. Функцијата на катализаторот е да забрзува одредени посакувани хемиски реакции дури и при пониски температури (неколку стотици степени Целзиусови):
- Јаглерод моноксид и јаглеводороди се вели дека се оксидираат; Х. тие треба да реагираат со преостанатиот кислород во издувните гасови и да станат нетоксичен јаглерод диоксид и водена пареа.
- Азотните оксиди, од друга страна, треба да се намалат, т.е. Х. оксидацијата на азот треба да се врати.
Овие реакции во принцип исто така може да се одвиваат без катализатор, но тие би биле премногу бавни. Едноставно кажано, забрзувањето на реакциите во катализаторот работи на таков начин што молекулите на загадувачот привремено се приврзуваат на елементите на каталитичкиот конвертор (и таму формираат слаба врска) се додека не ги исполнат другите соодветни молекули (на пр. Молекули на кислород) со кои се може да реагира. По завршувањето на овој процес, катализаторот останува непроменет и затоа може да претвори понатаму молекули на загадувачи.
Хемиските реакции што се случуваат во катализаторот се во голема мера егзотермични: поенергичните супстанции се претвораат во помалку енергетски. Ова ослободува топлина во катализаторот. Ако катализаторот е премногу оптоварен со енергетски богати супстанции како што се јаглерод моноксид и/или несогорени јаглеводороди (што е особено случај со двотактни мотори), ова може дури да доведе до прегревање, се додека кислородот потребен за оксидација е исто така достапен.
Катализатор на возило обично содржи силно расцепкана керамика или метална конструкција со голема внатрешна површина, која исто така се меша со многу фини честички од скапоцени метали како што се платина, паладиум и родиум. Посакуваните реакции се одвиваат главно на овие честички од благородни метали.
Она што катализаторот не може да го стори е да ги отстрани несаканите хемиски елементи како што се Б. Сулфур како компонента на сулфур диоксид (SO2). Може дури да се случи многу потоксичен и силно смрдлив водород сулфид (H2S) да се формира од сулфур диоксид; тогаш издувните гасови од автомобилот мирисаат на скапани јајца. Во други случаи, се произведува непосакуван сулфур триоксид (SO3), што доведува до формирање на сулфурна киселина, а потоа и на сулфати, што на крајот се јавува како емисија на честички (ситна прашина). Во секој случај, катализаторите не можат да спречат емисија на јаглерод диоксид (СО2); на крајот на краиштата, ова е најмалку штетна форма во која јаглеродот содржан во горивото може да го напушти системот.
Видови катализатори
Идеалниот катализатор ќе овозможи сите посакувани хемиски реакции споменати да се одвиваат брзо и целосно, но во исто време да нема несакани реакции. Сепак, ова не е технички можно; ефикасноста на процесите на чистење на издувните гасови зависи од видот на катализаторот, но исто така и силно од условите за работа. Честопати катализаторот може да промовира само една посебна реакција.
Катализатор на оксидација
Се разбира дека катализаторот на оксидација е катализатор кој може да оксидира само загадувачи како што се јаглерод моноксид и јаглеводороди, но не и да ги намалува азотните оксиди. Ова се однесува на многу катализатори кога издувниот гас содржи вишок кислород. Ова обично е случај за издувните гасови од бензинскиот мотор со слаб изгорен извор или дизел моторот; обајцата работат со висок однос на согорување на воздухот. Во минатото, чистите катализатори на оксидација (неконтролирани катализатори) често се користеа како катализатори за обновување на бензинските мотори.
Во меѓувреме, се развиваат катализатори на оксидација и за печки на дрва. Овие можат да се прицврстат, на пример, во комората за согорување во близина на излезот до оџакот. Бидејќи тие понекогаш се изложени на многу високи температури таму, тие мора да бидат изработени од соодветно отпорен на висока температура материјал. Со помош на таков катализатор, емисиите на јаглерод моноксид, јаглеводороди и честички може значително да се намалат.
Контролиран три-насочен катализатор
Тринасочен катализатор денес најмногу се користи за четиритактни бензински мотори кои работат на бензин или природен гас. Ова истовремено може да оксидира јаглерод моноксид, да оксидира јаглеводороди и да ги намали азотните оксиди (оттаму „три начини“ во смисла на отстранување на три различни загадувачи). Последново се случува преку реакција со јаглерод моноксид, кој грабнува кислород од азотните оксиди и станува нетоксичен јаглерод диоксид.
Преостанатата содржина на кислород во издувните гасови се одредува според односот на воздухот од согорување, исто така познат како вредност на ламбда (λ вредност). За три-насочен катализатор е потребна вредност на ламбда многу близу до 1. Ова е технички можно само со помош на автоматска контрола што бара сигнал за грешка од т.н. ламбда сонда.
За жал, таканареченото збогатување со полн товар се користи во многу возила кога забрзувачот е силен. Ова значи дека гореспоменатата регулатива е намерно исклучена за да работи моторот со „богата“ мешавина. Ова овозможува да се постигне малку поголема моќност на моторот и истовремено спречува прегревање на катализаторот. Од една страна, сепак, емисиите на загадувачи се значително зголемени, а од друга страна, потрошувачката на гориво е зголемена како резултат на намалената ефикасност на моторот.
За повеќе детали, видете ја статијата за тросочни катализатори.
Катализатор на складирање на NOx
Кај моторите со слаб изгорен и дизел моторите, денитрификацијата не работи во конвенционален катализатор, бидејќи јаглерод моноксидот или неизгорените јаглеводороди потребни за ова не се присутни во издувниот гас во доволни количини. Едно решение за овој случај е катализаторот за складирање на NOx. Ова содржи супстанции што молекулите на азотен оксид (NO2) првично се акумулираат. Кога ќе се исцрпи капацитетот на катализаторот, катализаторот мора да се обнови. За да го направите ова, моторот е накратко вклучен во богата мешавина (како и со збогатување на полн товар) и температурата на издувните гасови е зголемена. Промената во составот на издувните гасови (со малку кислород и малку јаглерод моноксид) овозможува азотни оксиди да се елиминираат во катализаторот: Тие реагираат со јаглерод моноксид, на кој ослободуваат кислород.
Проблем со оваа технологија е што е тешко да се одржи работната температура на катализаторот во оптималниот опсег за време на работата на возилото. Под неповолни околности кои често се случуваат (на пример, во градскиот сообраќај), ефективноста на чистењето на издувните гасови може значително да се намали - особено кај дизел моторите, кои имаат температури на издувни гасови кои варираат многу во зависност од оптоварувањето. Исто така, често е тешко да се достигнат покачените температури потребни за регенерација, особено ако регенерацијата се изведува додека се вози бавно.
Понатамошни детали може да се најдат во статијата за катализатори за складирање.
SCR катализатор
Денешниот најефикасен метод за денитрификација на дизел-издувните гасови се потпира на SCR-катализатор. Селективното каталитичко намалување (SCR) што се случува таму обично бара мерено додавање на гас амонијак (NH3) или раствор на уреа (на пр. AdBlue), кој се распаѓа во амонијак и водена пареа (и е полесен за транспорт во возилата од амонијак) . Амонијакот е отровен гас, но во голема мера се претвора во катализаторот, па затоа тешко дека треба да го има во исчистениот издувен гас - освен ако има предозирање со амонијак или уреа.
Исто така, постојат таканаречени пасивни катализатори на SCR кои користат неизгорени јаглеводороди присутни во издувниот гас како средства за редукција, т.е. не им е потребна дополнителна течност за трошење. Затоа, тие можат да се користат само за издувни гасови со соодветен состав и во некои случаи исто така се предмет на дополнителни ограничувања, на пример, поради помалата толеранција на сулфур. Со оваа технологија, моторот не може повеќе да се оптимизира за оптимална ефикасност.
Понатамошни детали може да се најдат во статијата за катализатори на SCR.
Употреба на два катализатори
Во некои возила за после третирање на издувни гасови извршени со комбинација на два катализатори. На пример, за бензински мотор, релативно мал преткаталитички конвертер инсталиран близу до моторот може да се комбинира со поголем главен катализатор инсталиран на подвозјето на возилото. Предкаталитичкиот конвертер побрзо ја достигнува својата температура на осветлување по ладниот почеток, но сè уште не ги чисти целосно издувните гасови; главниот катализатор потоа ја презема понатамошната детоксикација.
Во некои случаи, два различни типа на катализатори исто така се комбинираат едни со други. На пример, некои дизел мотори користат оксидационен катализатор, а потоа и SCR катализатор (за селективно каталитичко намалување).
Катализатор отрови
Одредени супстанции можат да „отрујат“ катализатор, односно да го направат неефикасен. На пример, мали количини на тетраетил олово („олово“) се додаваа на бензинот за да се зголеми отпорноста на ударот, а тоа ја оневозможи употребата на каталитички конвертори, бидејќи тие ќе беа отруени за кратко време. Како и некои други метали (како кадмиум и жива), оловото формира хемиски соединенија со каталитичките компоненти кои веќе не се активни каталитички. Една од причините зошто беше потребно воведување безоловен (безоловен) бензин.
Сулфурот исто така може да дејствува како отров од катализатор ако горивото не е целосно без сулфур. Ова е особено проблематично кога се користат складишни катализатори за дизел мотори ако дизел горивото не е сигурно достапно со висок квалитет на низок сулфур.
Сепак, чувствителноста на катализаторот зависи од неговиот тип; во некои случаи може да се намали со вметнување на одредени дополнителни супстанции. Во некои случаи постои и можност за регенерација, што не е нужно можно при нормално работење на возилото.
Во моторите со пилотско вбризгување за биогас, отровите од катализатор често се проблем, или тие често спречуваат употреба на катализатор.
Различни недостатоци и ограничувања на ефективноста на катализаторите
Современите катализатори можат значително да ја намалат загадувачката содржина на издувните гасови, но тие исто така имаат низа недостатоци и не се секогаш совршено ефикасни:
Ефективноста на катализаторите во автомобилите може да варира значително од случај до случај. Одлични резултати може да се постигнат кога се користи солидна техника, освен за многу кратки растојанија. Со употреба на добра технологија, катализаторот може да остане многу ефикасен дури и при забрзување или возење со голема брзина (се разбира, без решавање на проблемот со зголемени емисии на СО2). За жал, многу возила денес се дизајнирани на таков начин што квалитетот на издувните гасови масовно се нарушува при полн гас, на пример затоа што се користи збогатување со полн товар (со бензински мотори) или затоа што системот за чистење на издувните гасови на дизел моторот не може ефикасно да ги контролира емисиите на азотни оксиди. Масивни отстапувања помеѓу практиката и официјалните процедури за мерење се можни ако нереалните услови за тестирање ги користат производителите на легален или нелегален начин [2, 3].
Следење на ефективноста на издувните катализатори на возилата
Ефективноста на катализаторот, на пример во возилото, може да биде загрозена на различни начини - не само преку можно оштетување на катализаторот, на пр. B. во случај на прегревање за време на работата, но исто така и поради нарушувања во регулирањето на односот на воздухот од согорување. Под такви околности, емисиите на загадувачи на возилото можат драматично да се зголемат.
Соодветните проблеми може да се откријат со мерења на издувните гасови на тест клупа, на пр. Б. како дел од тестот за емисии, кој обично се спроведува на секои две години во Германија и е дел од главната инспекција од 2010 година. (Оттогаш за тестот за емисии веќе не е потребна посебна налепница.)
Од стандардот за емисии Еуро 3, возилата мора да бидат опремени и со систем за дијагностицирање на возилото (EOBD), кој ја следи функционалноста на основните компоненти на системот за третман на издувни гасови и, доколку е потребно, активира сијаличка за предупредување. Ако ова се запали, возачот мора да го провери системот што е можно побрзо во работилница и да ги поправи сите оштетувања.
Прашања и коментари од читатели
Зошто, според вас, системот за чистење на издувните гасови веќе не може добро да ги контролира емисиите на NOx кога работи дизел мотор со полн товар?
Во принцип, можеше; едноставно треба да биде дизајниран за тоа. За жал, тоа не е секогаш така, главно затоа што применливите методи за мерење на потрошувачката на гориво и вредностите на издувните гасови не го бележат дури и статусот на работење со полн товар, па затоа не е потребно правилно функционирање за полагање на тестот.
Овде можете да предложите прашања и коментари за објавување и одговарање. Авторот на РП-Енерџи-Лексикон ќе одлучи за прифаќањето според одредени критериуми. Во суштина, поентата е дека материјата е од широк интерес.
Ако добиете помош тука, можеби ќе сакате да ја вратите услугата со донација со која го поддржувате понатамошниот развој на енергетскиот речник.
Заштита на податоци: Ве молиме, не внесувајте лични податоци тука. Во секој случај не би ги објавиле и наскоро би ги избришале. Погледнете ја и нашата политика за приватност.
Ако сакате личен фидбек или совет од авторот, пишете му преку е-пошта.
Со доставување давате согласност да ги објавите вашите записи овде во согласност со нашите правила.
литература
| [1] | V. Франко и др., „Реални емисии на издувни гасови од современите дизел автомобили“, Меѓународен совет за чист транспорт, http://www.theicct.org/sites/default/files/publications/ICCT_PEMS-study_diesel-cars_20141010.pdf |
| [2] | Напис за блог: Дизел возила од Фолксваген: Усогласеност со ограничувањата на емисиите со нелегални трикови |
| [3] | Напис на блогот: Емисии на азотни оксиди од современите дизел возила - значително повисоки од очекуваните |
| [4] | Напис за блогот: Влијание на стилот на возење врз емисиите на загадувачи во автомобилот |
Ако ви се допаѓа оваа веб-страница, ве молиме да ги известите и вашите пријатели и колеги - д. Б. преку социјалните медиуми со кликнување тука:
Овие копчиња за споделување се поставени на начин пријателски заштитен со податоци!
Код за врски на други веб-страници
Ако сакате да поставите врска до овој напис на друго место (на пример, на вашата веб-страница, социјални медиуми, форуми за дискусија или на Википедија), кодот може да го најдете тука. Таквите врски можат на пр. Б. бидат многу корисни за објаснување на зборовите.
HTML-врска до овој напис:
Со слика за преглед (видете го полето директно над ова):
Ако сметате дека е соодветно да ставите линк на Википедија, на пр. Б. под "== Веб-врски ==":